【摘要】：近年來,隨著社會(huì)人口的老齡化加重,由于腦卒中或腦外傷等原因引起的偏癱人數(shù)愈來愈多。另外,生產(chǎn)事故和交通意外等也造成了很多的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者,其中手部運(yùn)動(dòng)功能障礙嚴(yán)重影響了患者的日常生活。手部外骨骼康復(fù)機(jī)器人可以幫助患者恢復(fù)手部運(yùn)動(dòng)功能,其通過輔助患者進(jìn)行日常生活的手部運(yùn)動(dòng),配合腦部意識(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)訓(xùn)練,從而修復(fù)受損的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。針對(duì)人手的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和骨骼特征,本文提出一種用于手部康復(fù)的雙向運(yùn)動(dòng)軟體致動(dòng)器設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了柔性光纖傳感器,實(shí)現(xiàn)了軟體致動(dòng)器對(duì)自身曲率感知,開展了軟體致動(dòng)器的動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)和滑�？刂破髟O(shè)計(jì)工作,構(gòu)建了基于雙向運(yùn)動(dòng)軟體致動(dòng)器的具有力位反饋功能的手部外骨骼康復(fù)系統(tǒng),論文的主要內(nèi)容如下:(1)從骨骼解剖學(xué)的角度分析了人手的運(yùn)動(dòng)和骨骼結(jié)構(gòu)特點(diǎn),歸納總結(jié)了手部運(yùn)動(dòng)障礙患者的主要康復(fù)需求,確定了雙向軟體致動(dòng)器的彎曲角度范圍和自由度,提出了正弦波紋型軟體致動(dòng)器的參數(shù)優(yōu)化方法,設(shè)計(jì)了分段式變剛度結(jié)構(gòu)的雙向運(yùn)動(dòng)軟體致動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)了擬人手運(yùn)動(dòng)的雙向軟體致動(dòng)器設(shè)計(jì)。(2)針對(duì)軟體致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于PMMA光纖的柔性光纖彎曲傳感器,通過將該傳感器集成于軟體致動(dòng)器并進(jìn)行了彎曲角度與光損耗的關(guān)系式標(biāo)定實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了軟體致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自感知能力,并通過表面輪廓觸摸試驗(yàn)驗(yàn)證了柔性光纖傳感器的可靠性。(3)針對(duì)軟體致動(dòng)器的非線性和氣動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)滯性特點(diǎn),結(jié)合自主設(shè)計(jì)研發(fā)的柔性光纖彎曲傳感器,進(jìn)行了不同氣壓輸出下的軟體致動(dòng)器階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn),得到了不同輸入下的二階過阻尼系統(tǒng)方程,通過最小二乘法將參數(shù)擬合從而辨識(shí)出軟體致動(dòng)器的系統(tǒng)模型,利用一階泰勒公式將系統(tǒng)局部線性化進(jìn)而設(shè)計(jì)了滑�？刂破�,并通過正弦軌跡跟隨試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)模型和控制器的有效性。(4)基于研制的雙方向運(yùn)動(dòng)軟體致動(dòng)器,設(shè)計(jì)了力位混合控制的手運(yùn)動(dòng)康復(fù)系統(tǒng),完成了手運(yùn)動(dòng)康復(fù)系統(tǒng)的軟硬件邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),開發(fā)了具有3D圖像顯示的人機(jī)交互軟件程序,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證各模塊的可靠性和安全性,并為患者設(shè)計(jì)了多種康復(fù)訓(xùn)練模式:主動(dòng)力輔助模式、互動(dòng)交互模式和指定動(dòng)作訓(xùn)練模式等。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文性的材料所緩沖，這不僅保證了患者康復(fù)過程的安全，并且患會(huì)感到十分舒適。手部外骨骼研究現(xiàn)狀年，，哈佛大學(xué)提出了一種氣動(dòng)康復(fù)手套，如圖 1-1 所示。它可于人手的屈曲運(yùn)動(dòng)。其中的柔性致動(dòng)器由具有彈性的柔性硅膠設(shè)計(jì)了多個(gè)內(nèi)部聯(lián)通的矩形突出腔體，當(dāng)壓縮氣體作為動(dòng)力源相互擠壓從而產(chǎn)生了彎曲運(yùn)動(dòng)。并且該氣動(dòng)手套采用開放式結(jié)便、安全的貼合人手，輔助患者完成閉合運(yùn)動(dòng)。

圖 1-2 新加坡國立大學(xué)軟體外骨骼nagiotis Polygerinos 和 Zheng Wang 等人研制手套[11][12]，如圖 1-3 所示。其致動(dòng)器由模具，在對(duì)腔體加壓下可以形成特定的彎曲、扭曲構(gòu)設(shè)計(jì)，用以匹配各個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)范圍，當(dāng)加為低阻抗。為了方便操作軟體機(jī)器人手套，元，包括流體壓力傳感器和調(diào)節(jié)壓力的閉環(huán)控人具有便攜式的腰帶背包和開放式的手掌設(shè)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242;TP212

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 畢千;手部外骨骼系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及其控制技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2588391